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Upgrade of ASACUSA's antihydrogen detector
Viktoria Kraxberger
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Johann Zmeskal
DOI
10.25365/thesis.71304
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24162.16618.405338-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons) Experiment am Antiproton Decelerator von CERN hat das Ziel die Hyperfeinaufspaltung im Grundzustand von Antiwasserstoff und Wasserstoff zu vergleichen und bietet damit einen direkten Test der CPT-Symmetrie. Das ASACUSA-Hodoskop detektiert sekundäre Teilchen (hauptsächlich Pionen), die bei der Annihilation des Antiprotons von Antiwasserstoff produziert werden. Es ist ein fassförmiger, achteckiger Detektor bestehend aus einer äußeren und inneren Lage von jeweils 32 Plastikszintillator-Balken und zwei Lagen szintillierenden Fasern. Jeder Balken wird an beiden Enden mit Silicon Photomultipliers (SiPMs) ausgelesen, jede Faser (100 in der äußeren, 64 in der inneren Lage) mit einem SiPM. Diese SiPMs sind an IFES boards (Intelligent Frontend Electronics for SiPMs) angeschlossen, welche zuvor am Stefan-Meyer-Institut entwickelt wurden und neben einer Vorverstärkung auch ein digitales Time-over-Threshold (ToT) Signal mittels Leading-Edge-Diskriminierung erzeugen. Zuvor war die mögliche Detektionsrate des Hodoskops in etwa 50 Hz. Um diese zu erhöhen war es nötig mehrere Änderungen im Datenaufnahme-System vorzunehmen. Neben einer Überarbeitung des Datentransfers der Time-to-Digital Converters (TDCs), wurden auch Teile der Datenaufnahme-Software neu programmiert. Diese Änderungen ermöglichten eine Datenaufnahme mit einer Rate von über 1000 Hz. Die ToT-Signale des Hodoskops werden in eine FPGA-Logik geleitet um ein Trigger-Signal aus Koinzidenzen zu produzieren, sie werden aber auch genutzt um Zeitmessungen mit den TDCs durchzuführen. Durch die Leading-Edge-Diskriminierung der ToT mit einer fixen Schwelle variiert die Leading Edge mit der Höhe des analogen Signals. Um einen Weg zu finden, diesen „Time Walk“ zu umgehen, wurden mehrere Testmessungen durchgeführt.
Abstract
(Englisch)
The ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons) experiment located at the Antiproton Decelerator at CERN aims to compare the ground state hyperfine splitting of antihydrogen to hydrogen, providing a direct test of the CPT symmetry. The ASACUSA hodoscope detects the secondary particles produced by annihilation of the antiproton of antihydrogen, which are mostly pions. It is a barrel-type octagonal detector consisting of an outer and an inner layer of 32 plastic scintillator bars each and two layers of scintillating fibres. The bars are individually read out by two silicon photomultipliers (SiPMs) on each end of the bar and additionally every fibre (100 in the outer layer, 64 in the inner) is read out by a SiPM. The SiPMs are connected to IFES boards (Intelligent Frontend Electronics for SiPMs), previously developed at the Stefan-Meyer-Institute, which are pre-amplifiers and provide a digital time-over-threshold (ToT) signal via leading edge discrimination. Previously, the possible detection rate of the hodoscope was at about 50 Hz. In order to provide detection at a higher rate, several changes had to be made in the data acquisition (DAQ) system.
After performing changes in the data transfer of the time-to-digital converters (TDCs) as well as reprogramming the DAQ software, events at a rate of over 1000 Hz could be detected without loss. The ToT signals of the hodoscope bars are fed into FPGA logic units to produce a trigger from coincidences but are also used for further time measurements with TDC units. Since the ToT signals are produced by leading edge discrimination with a fixed threshold, the position of the leading edge varies with the height of the corresponding analogue signal produced. To find a way to prevent this time-walk effect, several test measurements were performed.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Antiwasserstoff Antimaterie Teilchenphysik Detektor Hyperfeinstruktur CPT Symmetrie Silicon-Photomultiplier
Schlagwörter
(Englisch)
Antihydrogen Antimatter Particle physics Detector Hyperfine Structure CPT Symmetry Silicon-Photomultiplier
Autor*innen
Viktoria Kraxberger
Haupttitel (Englisch)
Upgrade of ASACUSA's antihydrogen detector
Paralleltitel (Deutsch)
Upgrade des ASACUSA Antiwasserstoff-Detektors
Publikationsjahr
2022
Umfangsangabe
ii, 71 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Johann Zmeskal
Klassifikationen
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,
33 Physik > 33.40 Kernphysik
AC Nummer
AC16553772
Utheses ID
62331
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |